专利名称：：通信装置的天线系统和用于控制天线方向图的方法
技术领域：
：本发明总体上涉及无线通信装置，并且更具体地，涉及一种无线通讯装置中的天线系统。
背景技术：
：利用射频(RF)信号来传送和接收数据的无线通信系统已众所周知。无线数据通信能够应用于诸如家庭或办公环境内的无线LAN的短距离局域网(LAN)通信系统。在短距离无线LAN通信的情况下，无线接入系统可以包括经由例如以太网接口，与办公室或家庭计算机相连的客户端设备(CPE)。客户端设备或者客户提供的设备(CPE)是任何终端和相关联的设备、并且室内布线位于用户房屋中并且与载波的电信信道连接。能够使客户与无线数据通信网络相连接的CPE可以包括例如电话、数字用户线路(DSL)调制解调器、电缆调制解调器或者位于客户房屋内的用于与通信服务提供商的服务一起使用的机顶盒。现在CPE通常使用内部全向天线系统来操作，该内部全向天线系统在一个平面内均勻地传送和接收功率，在垂直面上具有指向图形状。在本领域中众所周知天线以方向性和增益为特征。天线的方向性是天线在特定方向上集中RF能量的能力。天线的增益是在信号强度上获得的增强。通常，CPE包括一个或多个用于RF通信的天线。然而，来自一个或多个天线的RF信号的辐射可能会被CPE的电子电路板的接地平面吸收。这可能会造成非均勻的天线方向图，从而降低了CPE的性能。附图用于根据本发明进一步图示各种实施例并且用于解释各种原理和优点，在附图中，类似的附图标记在各个图中指的是相同或者功能上相似的元素，并且附图与下面的详细描述一起合并在说明书中并且形成说明书的一部分。图1是根据本发明实施例的通信装置的天线系统的透视图。图2图示了根据本发明实施例的图1的通信装置的正视图。图3图示了根据本发明实施例的图1的通信装置的侧视图。图4是根据本发明实施例的、用于控制通信装置中的天线方向图的方法的流程图。图5图示了根据本发明实施例的、图1的通信装置的天线系统的天线方向图的简化示意图。图6图示了根据本发明实施例的、图1的通信装置的天线系统的天线方向图的简化示意图。本领域技术人员将理解，图中的元素是为了简化和清楚而图示的，并且不一定按比例绘制。例如，图中某些元素的尺寸相对于其它元素被放大，以有助于改善对本发明实施例的理解。具体实施例方式在详细描述根据本发明的实施例之前，应当注意到，实施例主要在于与用于在无线通信装置中使用的天线系统和的方法相关的方法步骤和设备组件的组合。因此，在附图中通过常规符号在适当之处已经表示了设备组件和方法步骤，仅示出了与理解本发明实施例有关的那些特定细节，以便不会因为对受益于在此描述的本领域普通技术人员将容易显而易见的细节而模糊了本公开。在本文献中，诸如“第一”和“第二”，“顶部”和“底部”的关系术语可单独使用以区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不必要求或暗示这些实体或动作间的任何实际的这样的关系或次序。术语“包括”、“包含”或其任何变体意在覆盖非排他性的包括，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或设备就不仅包括那些元素，还可包括其它没有明确列举的或这样的过程、方法、物品或装置固有的其它元素。在没有更多约束的情况下，前面有“包括……”的元素不排除在包括该元素的过程、方法、物品或装置中存在附加的相同元素。将理解，此处描述的本发明实施例可以包含一个或多个常规事务客户端(transaction-client)和唯一的存储程序指令，该存储程序指令控制所述一个或多个事务客户端结合特定的非事务客户端电路(non-transaction-client)来实现一些、大部分、或者全部的用于无线通信装置的天线系统的操作方法的功能。所述非事务客户端电路可以包括但不限于无线电接收器、无线电发射器、信号驱动器、时钟电路、电源电路、和用户输入装置。同样，这些功能可以被解释为用于无线通信装置的天线系统操作的方法的步骤。替代地，一些或者全部的功能可以通过没有存储任何程序指令的状态机、或者在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实现，在ASIC中，将每种功能或者某些功能的组合实现为定制逻辑。当然，可以采用两种方法的组合。因此，此处已经描述了用于这些功能的方法和装置。进一步地，尽管可能由例如可用时间、当前技术、和经济考虑激发的很大努力和许多设计选择，但是可以预期普通技术人员，当以此处公开的概念和原理为指导时，将能够容易地以很少的试验产生这样的软件指令、程序和IC。在此处的说明中，给出了许多具体示例以透彻理解本发明的各种实施例。包括所述示例以仅用于说明目的，而并非为了穷尽或者以任何方式来限制本发明。应当注意，各种等同的修改均在在本发明的精神和保护范围内。然而，相关领域的技术人员将认识到，本发明的实施例可以在具有或不具有说明中提及的设备、系统、装配、方法、组件的情况下实施。根据各种实施例，本发明提供了无线通信装置内的天线系统和操作方法。通信装置例如可以使用天线系统，在家庭和办公室网络内的短距离无线局域网(WLAN)中接收和传送信号。本发明提供了天线系统和用于控制天线系统的天线方向图的方法，使得增强了天线系统的性能和获得了可重复的(Mpeatable)天线方向图。本领域技术人员将理解，不论通信装置的结构如何，通过对公开的天线系统和方法进行少量改动或者不改动，可以将本发明应用于各种类型的通信装置。参见附图，并且尤其是图1，根据本发明实施例示出了通信装置的天线系统的透视图。如图1所示的通信装置100可以是客户端设备(CPE)。CPE可以是，但不限于数字用户线路(DSL)调制解调器，局域网(LAN)接入调制解调器、无线局域网(WAN)接入调制解调器，和全球微波互联接入(Wimax)调制解调器。虽然没有示出，但是本领域普通技术人员将理解，根据本发明的一些实施例，通信装置替代地可以是双向无线电装置、具有通信能力的个人数字助理(PDA)、具有通信能力的膝上型计算机、消息装置，移动电话等。通信装置100包括壳体(housing)102。壳体102提供了用于诸如印刷电路板和通信装置100的微处理器的电子组件的防护罩。壳体102可以由按照需要的形状而制模的硬塑料制成。壳体102也可以由金属或任何其它等同材料制成。壳体102也有助于保持诸如键盘等部件的完整。壳体102包括多个壳体面。将壳体面之一图示为壳体面104，并将与壳体面104相对的第二壳体面图示为壳体面106。本领域技术人员将理解，即使图1中将通信装置100图示为具有立体结构，本发明也可以适用于各种形状和结构。通信装置100具有附接到壳体102上以接收和传送通信信号的可旋转天线108和可旋转天线110。可旋转天线108安装在通信装置100的壳体面104上，并且可旋转天线110安装在通信装置100的壳体面106上。可旋转天线108和可旋转天线110可以被安装，使得它们可以分别围绕在壳体面104和壳体面106上的接头旋转。进一步地，通信装置100可以包括用于将通信装置的操作中使用的各种电子器件固定的电子电路板112。电子电路板112可以包括一个或多个接地平面。在本发明实施例中，可旋转天线108和可旋转天线110可以是产生全向天线方向图的一个或多个全向阵列天线。可旋转天线108和可旋转天线110在平面内的所有方向上接收和辐射并且展现出均勻的天线方向图。例如，可旋转天线108和可旋转天线110可以包括四偶极(fourdipole)直排全向阵列。对本领域技术人员显而易见的是，根据本发明各种实施例，任何数目和/或类型的可旋转天线均可以附接到通信装置100的壳体102。例如，在一个实施例中，通信装置100可以包括附接到壳体102的多个壳体面中的每个面上的可旋转天线。类似地，在本发明例的另一个实施例中，只有一个天线可以附接到通信装置100的壳体102上。在本发明的实施例中，可旋转天线108和可旋转天线110附接到壳体102的相对的壳体面上。例如，可旋转天线108附接到壳体104上，并且可旋转天线110附接到壳体面106上。因此，可旋转天线108和可旋转天线110可以形成偶极全向天线。本领域技术人员将理解，基于通信装置100的期望的性能，可旋转天线108和可旋转天线Iio可以附接到壳体102的多个壳体面中的任何一个面上。根据本发明的实施例，为了将可旋转天线108安置在相对于壳体面104的多个位置，可以旋转可旋转天线108。所述多个位置的一些位置可以是，例如，回缩位置114，伸展位置116和中间位置118，中间位置118是相对于回缩位置114和伸展位置116的旋转位置。如图1所示，可旋转天线108的位置114是回缩位置。在回缩位置114中，可旋转天线108相对于壳体102在向下的方向上放置。通常，在室内环境或空间受限的场所中，为了节约通信装置100安装和部署所需要的空间，可以将可旋转天线108放置在位置114中。还可以将可旋转天线108进一步旋转到伸展位置116和中间位置118。在伸展位置116中，可旋转天线108相对于壳体102在向上的方向上放置。类似地，在中间位置118中，可旋转天线108放置在伸展位置116和回缩位置114之间的位置、或放置在与地面近似平行的平面内。本领域技术人员将理解，根据本发明的各种实施例，可以将可旋转天线108和可旋转天线110放置在除伸展位置116、回缩位置114和中间位置118之外的位置上。根据本发明的各种实施例，壳体102进一步包括一个或多个天线反射器，它们可以附接到壳体102的一个或多个壳体面上。例如，天线反射器120附接到壳体102的壳体面104上。一个或多个天线反射器起电隔离反射表面的作用。也可以将天线反射器附接到壳体102的其它壳体面上。例如，可以将天线反射器附接到壳体面106上(图1中未示出)。进一步地，在本发明的一个实施例中，可以将天线反射器120附接到壳体面104的外表面。在本实施例中，天线反射器120位于可旋转天线108和壳体面104之间。替代地，在本发明的另一个实施例中，可以将天线反射器120附接到壳体面104的内表面。在此实施例中，壳体面104位于天线反射器120和可旋转天线108之间。类似地，可以将附接到壳体面106上的天线反射器附接到壳体面106的内表面或外表面。基于例如可旋转天线的操作频率或所期望的天线方向图，所述一个或多个天线反射器可以具有特征形状。该特征形状可以是例如椭圆形外形、双曲线外形、或抛物线外形。进一步地，天线反射器可以包括，例如金属涂层或陶瓷纤维。金属涂层可以从诸如金、铜、钨或它们的合金的材料中选择。陶瓷纤维可以包含诸如二氧化硅，氧化铝等材料。此处如上所述，一个或多个天线反射器起电隔离反射表面的作用，这减小了电子电路板112的一个或多个接地平面对天线系统的天线方向图的影响。因此，使用天线反射器，控制了在可旋转天线108和可旋转天线110处于回缩位置114时产生的天线方向图，并且获得了期望的天线方向图。将结合图2、图3、图4、图5和图6解释用于控制天线方向图的方法。现在转向图2，根据本发明实施例，示出了图1的通信装置100的正视图。图2图示了在一个实施例中通信装置100的正视图，其中可旋转天线108和可旋转天线110相对于壳体102处于回缩位置114中。可以将可旋转天线108旋转至伸展位置116或中间位置118，中间位置118与页面垂直。类似地，可以将可旋转天线110旋转至伸展位置或中间位置。图3图示了通信装置100的侧视图，其中可旋转天线108相对于壳体102，处于回缩位置114中。可以将可旋转天线108旋转至伸展位置116或中间位置118。虽然中间位置118示出与伸展位置116垂直，但是在其它实施例中，中间位置118可以是回缩位置114和伸展位置116之间的其它任何位置。可以将可旋转天线110也以类似的方式旋转至伸展位置或中间位置。本领域技术人员将理解，在图1、图2和图3中的元素是为了简化和清楚而图示的，并且不一定按比例绘制。在图1、图2和图3中描述的通信装置100的元素的形状和尺寸仅是说明性而非决定性的。图4是用于控制通信装置100的天线方向图的方法的流程图。本领域普通技术人员将理解，不论通信装置的形状和尺寸如何，图4的方法均可以用于控制通信装置的天线方向图。如上所述，通信装置100使用可旋转天线108和可旋转天线110来接收和传送信号。进一步地，可以将可旋转天线108和可旋转天线110安装到壳体102的相对的壳体面上。例如，将可旋转天线108附接到壳体104上，而将可旋转天线110附接到壳体面106上。进一步地，如图1所示，将天线反射器120附接到壳体面104的内表面或外表面。类似地，可以将天线反射器附接到壳体面106的内表面或外表面。在一个实施例中，可以将天线反射器附接到除壳体面104和壳体面106之外的壳体面上。如前所述，天线反射器起电隔离面的作用，并且将来自通信装置100的辐射功率反射回去，因此减轻了电子电路板112的一个或多个接地平面对天线方向图的影响。在步骤402，通信装置100的一个或多个可旋转天线定位在相对于天线反射器的一个或多个位置中。例如，可以将可旋转天线108旋转和定位在相对于天线反射器120的一个或多个位置中。可以将可旋转天线108放置在例如伸展位置116、中间位置118、或回缩位置114中。根据本发明，当将可旋转天线108定位在回缩位置114中时，来自可旋转天线108的一些RF辐射被导向壳体102的内部区域。然而，天线反射器120反射被导向壳体102的内部区域的RF辐射，并将其反射回可旋转天线108。类似地，在壳体面106上的天线反射器将来自可旋转天线110的RF辐射反射离开壳体102内部，并且将其反射回可旋转天线110。因此，即使当可旋转天线处于回缩位置114中时，天线方向图也导致强的信号状态。如果想要更强的信号状态，则可以将可旋转天线定位在伸展位置116中。在本发明的一些实施例中，将可旋转天线定位在回缩位置114中与将可旋转天线定位在伸展位置116中相比，可以导致与更强的信号状态。根据场所限制和信号状态，也可以将可旋转天线108移动至中间位置118。在中间位置118中，可以通过除壳体面104和壳体面106之外的壳体面将来自可旋转天线108的一些RF辐射导向壳体102的内部区域。因此，为了将RF辐射反射回可旋转天线，可以将天线反射器附接到除壳体面104和壳体面106之外的壳体面。为了将可旋转天线110定位到与可旋转天线108的位置类似的一个或多个位置上，也可以将可旋转天线110相对于壳体面106旋转。作为将可旋转天线108定位到一个或多个位置的结果，在步骤404获得了期望的可重复的天线方向图。例如，当可旋转天线108定位在伸展位置116中时，可以在平面内的所有方向上均勻地接收和传送信号。特别地，当信号状态微弱时，可以将可旋转天线108定位在伸展位置116中。在另一例子中，当可旋转天线108定位在回缩位置114中时，天线反射器120在向外的方向上引导RF辐射并使之远离壳体102的内部。这改进了可旋转天线108的性能。具体地，天线反射器120在远离壳体内部的方向上引导RF辐射，并且进而增强了增益和调制了RF辐射的方向性。因此，可以将可旋转天线108定位在回缩位置114中以获得受控定向的天线方向图。在图5和图6中进一步解释了可旋转天线108的受控定向的天线方向图。图5图示了根据本发明实施例的、用于图1的通信装置100的天线系统的天线方向图的简化示意图。特别地，假定可旋转天线108位于页面中，图5示出了在伸展位置116中可旋转天线108的天线方向图。如果可旋转天线108是全向天线，则图5的天线方向图是与页面垂直的环形的天线方向图。波瓣505和波瓣510对应于天线方向图。旁瓣515、旁瓣520，旁瓣525和旁瓣530是天线方向图的旁瓣。天线方向图以天线方向图的增益为特征。通常增益取决于可旋转天线108的操作频率。例如，当可旋转天线的操作频率为3500兆赫兹(MHz)时，增益可以为6分贝(各向同性)(dBi)。图6图示了根据本发明实施例的、用于图1的通信装置100的天线系统的天线方向图的简化示意图。特别地，假定可旋转天线108处于页面内，图6示出了在回缩位置114中可旋转天线108的天线方向图。在回缩位置114中，天线反射器120从可旋转天线108接收一些RF辐射，并向与内部区域相反的方向反射RF辐射。因此，在回缩位置114中由可旋转天线108产生的天线方向图只有诸如波瓣605的主要波瓣，并可以具有诸如旁瓣610、旁瓣615和旁瓣620的一个或多个旁瓣。进一步地，波瓣605的方向性和增益与图5的波瓣505和波瓣510相比更高。例如，当可旋转天线的操作频率为3500MHz时，增益可以是8dBi，而非图5中获得的6dBi。这是由于天线反射器120在远离内部区域并朝可旋转天线108的方向上集中RF辐射。本领域技术人员将认识到，在图5和图6中图示的天线方向图是为了简化和清楚而图示的，并且不一定按比例绘制。在图5和图6中描述的天线方向图的形状仅是说明性的并非决定性的。本发明的各种实施例提供了一种用于控制通信装置的天线方向图的天线系统和方法。进一步地，本发明的各种实施例使得能够以其紧凑和有美感的形式来有效使用通信装置。另外，本发明的各种实施例提供了用于使用一个或多个天线反射器来形成具有高方向性和增益的选择性波束方向图的方法和天线系统。本领域技术人员将理解，上面认识到的优点和在此描述的其它优点仅是示例性的，而并非意味着本发明的各种实施例的所有优点的详尽的表现。在前述说明中，已经描述了本发明的具体实施例。然而，本领域普通技术人员理解，在没有背离如权利要求所阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应当被视为说明性而非限制性的含义，并且意在将所有这样的修改包括在本发明的范围之内。益处、优点、对问题的解决方案，以及可引起任何益处、优点或解决方案发生或变得更加显著的任何元素(多个)不应当被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征及元素。本发明仅由权利要求来限定，包括在本申请的未决期间做出的任何修改以及如授权的那些权利要求的所有等同物。权利要求一种通信装置中的天线系统，所述天线系统包括至少一个可旋转天线；以及至少一个天线反射器，其中，所述至少一个天线反射器是电隔离反射表面，其中，所述至少一个天线反射器操作耦合到所述至少一个可旋转天线，以当所述至少一个可旋转天线旋转通过一个或多个位置时提供用于所述至少一个可旋转天线的可重复的天线方向图。2.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述通信装置包括含有多个壳体面的壳体，其中，所述至少一个天线反射器附接到所述多个壳体面中的至少一个壳体面上。3.根据权利要求2所述的天线系统，其中，所述至少一个天线反射器附接到所述通信装置的壳体面的内表面。4.根据权利要求2所述的天线系统，其中，所述至少一个天线反射器附接到所述通信装置的壳体面的外表面。5.根据权利要求2所述的天线系统，其中，第一天线反射器附接到第一壳体面上，并且第二天线反射器附接到第二壳体面上，其中，所述第一壳体面与所述第二壳体面相对，所述第一壳体面和所述第二壳体面属于所述多个壳体面。6.根据权利要求2所述的天线系统，其中，所述通信装置进一步包括至少一个电子电路板，并且进一步地其中，所述至少一个天线反射器将一个或多个通信信号反射回所述至少一个天线并远离至少一个电子电路板。7.根据权利要求6所述的天线系统，其中，所述至少一个电子电路板包括接地平面，并且进一步地其中，所述至少一个天线反射器进一步提供对所述接地平面的干扰的隔离。8.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述一个或多个位置包括伸展位置、回缩位置和中间位置中的至少一个。9.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述一个或多个位置包括向上和向下位置，其中，响应于强信号状态，所述至少一个可旋转天线在所述向下位置中操作，并且进一步地其中，响应于弱信号状态，所述至少一个可旋转天线在向上位置中操作。10.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述至少一个可旋转天线包括全向阵列天线，所述至少一个可旋转天线产生全向天线方向图。11.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述至少一个天线反射器基于所述至少一个可旋转天线的操作频率和期望的天线方向图中的至少一个，具有椭圆外形、双曲线外形和抛物线外形中的至少一个。12.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述至少一个天线反射器包括金属涂层和一个或多个陶瓷纤维中的至少一个。13.—种控制通信装置的天线方向图的方法，所述通信装置包括壳体，所述壳体包括多个壳体面，所述方法包括将至少一个可旋转天线定位在相对于至少一个天线反射器的一个或多个位置中，所述至少一个天线反射器是电隔离反射表面，其中，所述至少一个天线反射器操作耦合到所述至少一个可旋转天线，以当所述至少一个可旋转天线旋转通过所述一个或多个位置时提供用于所述至少一个可旋转天线的可重复的天线方向图。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个天线反射器附接到所述通信装置的壳体面的内表面。15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个天线反射器附接到所述通信装置的壳体面的外表面。16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述一个或多个位置是伸展位置、回缩位置和中间位置中的至少一个。17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述一个或多个位置包括向上和向下位置，其中，响应于强信号状态，所述至少一个可旋转天线在所述向下位置中操作；并且进一步地其中，响应于弱信号状态，所述至少一个可旋转天线在所述向上位置中操作。全文摘要本发明提供一种用于在通信装置中控制天线方向图的天线系统和方法。该天线系统包括一个或多个可旋转天线和一个或多个天线反射器。一个或多个天线反射器是操作耦合到一个或多个可旋转天线的电隔离反射表面。该方法包括将一个或多个可旋转天线定位在相对于一个或多个天线反射器的一个或多个位置中，以便提供可重复的天线方向图。文档编号H01Q1/24GK101828306SQ200880111963公开日2010年9月8日申请日期2008年9月23日优先权日2007年10月17日发明者肯尼斯·B·赖尔登,马克·M·坎内申请人:摩托罗拉公司